虚拟样机技术在仪表机械设计的应用

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【摘要】机械制造业发展步伐逐渐加快。新时期对仪表机械设计工作提出了较高要求，为保证仪表机械产品质量，实现低成本、短周期的设计目标，灵活应用虚拟样机技术能够满足这一要求。论文在虚拟样机技术介绍的基础上，分析仪表机械设计环节应用虚拟样机技术的重要性，最后探究虚拟样机技术在仪表机械设计过程中的应用，旨在为相关设计人员提供思路，大大提高虚拟样机技术推广价值。

【关键词】虚拟样机技术；仪表机械设计；应用

1引言

近年来，仪表机械产品市场需求量呈递增趋势，确保产品足量供应的同时，还应适当创新仪表机械设计手段，尽可能丰富仪表机械产品功能，从而扩大产品销量，提高制造业经济效益。新时代下，应用虚拟样机技术设计仪表机械，能够在可视化环境中调整产品数据，全过程跟踪产品设计进程，最终所生产的产品能够满足消费者需求，同时，仪表机械设计水平会大幅提高。由此可见，虚拟样机技术在仪表机械过程设计中的应用势在必行。

2虚拟样机技术介绍

2.1内涵

虚拟样机技术指的是，借助多媒体技术、虚拟现实技术，以及计算机技术制作实验机型，据此验证设计方案可行性，并动态获知产品性能[1]。实际上，虚拟样机技术借助仿真模拟系统构建三维仿真模型，为仿真模拟实验提供有利条件。仿真模拟实验中，设计人员根据仿真模拟运行情况记录设计产品的优缺点，针对不足之处及时改进，最终根据确定的虚拟样机模型投产，减少返厂重造频次。

2.2特点

虚拟样机技术是新时展的产物，为产品部件精益化设计提供可靠的技术支持，待高质量零部件完整结合，整体系统质量得到可靠保证。虚拟样机技术具有传统技术不可比拟的优势，技术特点总结为：第一，测试独立性，即面向单个部件进行设计，借助仿真模拟实验测试部件性能；第二，模拟过程性，虚拟样机技术全过程模拟仪表机械产品运行情况；第三，测评整体性，仪表机械产品设计环节，全过程测评仪表机械产品系统，所得到的测评结果为产品设计方案调整提供依据[2]。

3仪表机械设计环节应用虚拟样机技术的必要性

仪表机械产品是信息输出的重要窗口，对于产品使用者来说，能够根据信息提示作出相应的判断和操作。随着机械自动化程度的提高，传统仪表机械产品实用性、功能性面临一定挑战，基于此，运用虚拟样机技术精益化设计仪表机械产品，推动仪表机械产品向精确化、智能化、集成化、可操作化发展，真正加快工业现代化制造进程。客观分析虚拟样机技术的应用价值：该技术以仪表机械产品应用需求为导向进行设计，主要围绕工作原理为设计方案制定提供依据；这项技术全过程测试仪表机械产品系统运行状态，得出可供参考的评估结论，为仪表机械性能改进提供正确方向，推动制造业常态发展；虚拟样机技术用于设计仪表机械，在科学理念指导下融合先进技术，一定程度上为仪表机械类产品发展注入充足动力；虚拟仪表系统适时优化，能够大大缩短机械产品设计时间，并全面降低产品设计成本，从仪表机械产品设计组织层面来看，会全面提高这类产品在经济市场中的竞争实力。

4虚拟样机技术在仪表机械设计过程中的具体应用

4.1构建三维仿真模型

搭建三维仪表机械模型建模平台，先构建零部件模型，接下来建立整体仪表机械模型。整体模型构建期间，完成零部件建模分割、建模存储等工作，大大提高文件利用率。数据信息更新时，搭建数据库，并设置关键词搜索框，确保模型均速加载。机械虚拟仪表系统组成部分包括两方面，分别是硬件系统、软件系统，联用相关技术获取传感器信息及相关参数，通过分屏模式全面、精准输出信息。

4.2构建装配模型

仪表机械产品分为计量类和非计量类，其性能指标包括精确度、稳定性、测量范围、适应条件等指标。装配模型构建的过程中，围绕机构运动原理组装仪表零件，对于装配人员来说，参照图纸模型完成装配任务，保证装配件可用价值。与此同时，深入研究各部件装配工艺，根据仪表机械使用要求控制误差在合理范围内，适当修正仪表机械结构误差，直到仪表尺寸符合规定，大大提高仪表精度。装配过程中，坚持按顺序装配原则，减少返工现象。虚拟样机技术用于建立装配模型，工作人员客观认识误差问题，探究误差处理方法优化的可行性措施，保证平面连杆机构、凸轮、间歇运动机构、齿轮机构、螺旋传动机构及其他传动机构运行的常态化。

4.3仪表机械性能虚拟测试

虚拟样机系统设计的过程中，装配模型构建是前提条件，这一系统通过获取模型数据发挥系统功能优势。系统数据适当修正，全面保证样机运行的稳定性和有效性。虚拟样机系统模拟环节，观察显示装置的信息变化情况，尤其是标尺指针显示装置、记录装置、数字显示装置，一旦发现异常现象，适当调整理论计算结果，直到仪表机械产品常态工作，使其达到制造业标准生产需求。

4.4改进虚拟样机可视化系统

基于网络载体搭建虚拟样机交互平台，在这一平台上整合仪表机械设计资源，使设计过程信息、设计结果信息便捷传递，为各地设计者在设计思想碰撞、设计信息交流提供有力条件。仪表机械设计过程中，虚拟样机可视化系统凭借信息采集、参数设置、决策信息查询等功能过程式追踪仪表机械产品设计进程，避免出现返工现象，将经济损失降到最低。

4.5联合应用多样化技术

网络信息时代下，虚拟样机技术的应用价值逐渐突显，要想充分发挥该技术在仪表机械设计中的效能，应深入挖掘虚拟样机渲染技术，利用空间数据结构便捷传输数据，同时，借助贴图寻址能力高效聚集[4]。在这项技术的基础上，联用表面剔除技术，在仪表机械硬件设计图的基础上编程，融合多种剔除方法，尽可能加快渲染速度。在此期间，联用辐射度算法、逐步求精技术，视情况调节参数，经迭代优化仪表机械渲染效果，打造形象逼真、空间感良好的虚拟仪表机械产品。除此之外，高效运用协同仿真技术和多柔体融合仿真技术，现今我国多柔体融合的仿真技术处于改进、升级的关键期，在仪表机械产品设计领域是研究的重要内容。制造业中存在多柔体系统，从动力学的角度来看，应在仪表机械设计环节客观分析多柔体系统计算复杂度，通过逐渐攻克设计难点，全面优化虚拟仪表系统设计效果。例如，制造业计量仪表机械产品在多柔体系统建模时存在一定难度，这要求设计人员深层次分析技术应用原理，探索系统建模与仪表机械设计之间的契合点，为仿真测试作足充分准备，进而获得真实的测试数据及信息，为日后建模仿真提供参考，实际上，这能全面改善多柔体系统，大大提高多柔体融合仿真技术利用率。

5结论

综上所述，虚拟样机技术与仪表机械设计有机融合，通过构建三维仿真模型、构建装配模型、组织仪表机械性能虚拟测试活动，全面保证仪表机械产品质量，为我国仪表制造业常态建设提供推动力。放眼长远，要想进一步提高虚拟样机技术利用率，应与时俱进改进虚拟样机可视化系统，并联合运用多样化技术，推动仪表机械设计行业稳健发展。

【参考文献】

【1】张伟,任爱华,王红霞.虚拟样机技术在精密机械设计教学中的应用[J].黑龙江科学,2020,11(03):15-16+19.

【2】董振,唐治宏.虚拟样机技术在机械创新设计虚拟仿真实验教学中的应用[J].教育观察,2018,7(03):76-79.

【3】曾桂华,徐帅.浅谈虚拟样机技术对农业机械设计的助推作用[J].农家科技(下旬刊),2018(04):154.

【4】李卓航.浅析虚拟样机技术在石油机械设计中的运用[J].石化技术,2019,26(02):313-314.

作者：徐立佳 单位：青岛众瑞智能仪器股份有限公司